秦山第二核電廠長(zhǎng)燃料循環(huán)后堆芯溫度變化對(duì)運(yùn)行的影響

李茂友

摘 要：該文通過對(duì)秦山第二核電廠首個(gè)長(zhǎng)燃料循環(huán)后堆芯平均溫度波動(dòng)變大，導(dǎo)致堆芯溫度偏差變大，控制棒組D棒頻繁動(dòng)作的現(xiàn)象進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。秦山第二核電廠首個(gè)長(zhǎng)燃料循環(huán)后出現(xiàn)堆芯平均溫度波動(dòng)變大，堆芯溫度偏差大報(bào)警頻繁觸發(fā)、控制棒組D棒頻繁動(dòng)作的現(xiàn)象，該文介紹了秦山第二核電廠反應(yīng)堆內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警和控制棒動(dòng)作邏輯的原理，通過對(duì)長(zhǎng)燃料理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)際堆芯溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并考慮堆芯內(nèi)毒物的影響，找出電廠出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因，并評(píng)價(jià)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)燃料循環(huán) 堆芯溫度 控制棒

中圖分類號(hào)：TL351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（c）-0077-02

秦山第二核電廠2號(hào)機(jī)組第11循環(huán)（U2C11）為秦山第二核電廠首個(gè)長(zhǎng)燃料循環(huán)（指換料周期由12個(gè)月延長(zhǎng)至18個(gè)月），堆芯裝載模式為低泄漏，該循環(huán)于2014年7月31日達(dá)到滿功率運(yùn)行。在初始滿功率運(yùn)行的1個(gè)月時(shí)間內(nèi)，主控室頻繁觸發(fā)2RIC713/714AA（堆芯熱電偶溫差高）報(bào)警，同時(shí)出現(xiàn)了反應(yīng)堆主控制棒D棒頻繁動(dòng)作的現(xiàn)象。

1 堆芯溫度檢測(cè)和D棒控制原理

堆芯出口熱電偶溫度的測(cè)量是用于確定堆芯徑向功率分布，監(jiān)測(cè)堆芯徑向功率分布是否發(fā)生或存在不均勻的分布現(xiàn)象和計(jì)算冷卻劑的飽和裕度。針對(duì)堆芯熱電偶RIC報(bào)警，根據(jù)秦山二期工程《反應(yīng)堆及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)定值手冊(cè)》規(guī)定，RIC系統(tǒng)“同一區(qū)域內(nèi)溫度測(cè)量允許偏差”目前取值為25 ℃。由于堆芯分成3個(gè)區(qū)域，而熱電偶分成兩列，就是說每一個(gè)區(qū)域都有兩列，這樣相當(dāng)于有6組數(shù)值，每組數(shù)值內(nèi)的最大值減去最小值都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏差，任意一個(gè)偏差大于定值都會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

而作為反應(yīng)堆平均溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)棒組的D棒組由反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量溫度與參考溫度的偏差（Tavg-Tref）形成提棒、插棒和棒速信號(hào)，送往棒控系統(tǒng)。閾值繼電器產(chǎn)生插棒或提棒信號(hào)（方向信號(hào)）。經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生棒速信號(hào)。當(dāng)偏差為負(fù)時(shí)，說明平均溫度偏低，當(dāng)偏差增加到-0.83 ℃時(shí)，控制棒開始以8步/min提升，偏差在-1.73 ℃～-2.8 ℃，棒速在8～72步/min變化。當(dāng)偏差降到-0.56 ℃時(shí)，控制棒停止提升。為防止棒速頻繁動(dòng)作，棒速單元中設(shè)置了棒速死區(qū)。在棒速單元中±0.83 ℃的（Tavg-Tref）偏差范圍稱為死區(qū)（盲區(qū)）。另外，（Tavg-Tref）在-0.83 ℃～-0.56 ℃及0.56 ℃～-0.83 ℃的溫度偏差范圍均稱為回環(huán)。

2 堆芯溫度變化和D棒頻繁動(dòng)作原因分析

秦二廠2號(hào)機(jī)組第11循環(huán)為長(zhǎng)燃料循環(huán)，裝載模式為低泄漏，核設(shè)計(jì)焓升因子變大，造成組件出口溫差較大，U2C10循環(huán)壽期初堆芯出口熱電偶的最大溫差為16 ℃左右，而U2C11循環(huán)為24 ℃左右。

秦山第二核電廠1&2號(hào)機(jī)組長(zhǎng)循環(huán)燃料管理論證報(bào)告中，燃料管理理論計(jì)算采用SMART程序進(jìn)行的燃料管理理論計(jì)算給出了各燃料循環(huán)BOL、BLX和MOL時(shí)的堆芯出口溫度分布。SMART程序是采用封閉通道熱工水力模型的三維程序，不考慮通道之間的交混效應(yīng)。通過計(jì)算得出的各燃料循環(huán)堆芯出口溫度偏差的包絡(luò)值是26.2 ℃，超過原RIC定值，從而導(dǎo)致主控室頻繁觸發(fā)RIC溫度差高報(bào)警。

根據(jù)《秦山第二核電廠1&2號(hào)機(jī)組長(zhǎng)循環(huán)燃料管理論證RIC定值論證報(bào)告》，在考慮了溫度測(cè)量不確定性后，RIC系統(tǒng)溫差報(bào)警定值需由當(dāng)前的25 ℃調(diào)整至33.2 ℃。但因秦二廠1/2號(hào)機(jī)組RIC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原因，RIC溫差報(bào)警定值固化于系統(tǒng)硬件中，電廠維修技術(shù)人員無法對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。故在大修技術(shù)改造前RIC堆芯溫度高報(bào)警無法消除，運(yùn)行人員需在報(bào)警出現(xiàn)后及時(shí)查看對(duì)應(yīng)溫度變化，確保未超過最新給定限值，在技改完成后此溫度報(bào)警應(yīng)不會(huì)再頻繁觸發(fā)。

組件出口溫差變大，可能使得冷卻劑溫度在堆芯出口及環(huán)路中不能及時(shí)攪勻，在冷卻劑到達(dá)測(cè)溫旁路熱端熱電偶溫度計(jì)時(shí)，會(huì)使得熱電偶測(cè)得的熱端溫度波動(dòng)大，從而使得冷卻劑平均溫度波動(dòng)大，以及控制環(huán)路的信號(hào)波動(dòng)大，從而導(dǎo)致控制棒動(dòng)作較頻繁。這種由于堆芯裝載方式的原因而對(duì)控制棒產(chǎn)生的“擾動(dòng)”現(xiàn)象，已經(jīng)在多個(gè)核電廠中出現(xiàn)。

秦山第二核電廠的D棒為反應(yīng)堆平均溫度調(diào)節(jié)主控制棒，其動(dòng)作和反應(yīng)堆平均溫度變化直接相關(guān)。在對(duì)2014年8月13日冷卻劑平均溫度和D棒棒位變化全天的數(shù)據(jù)分析后可以得知，當(dāng)冷卻劑平均溫度較高時(shí)，控制棒下插，下插后冷卻劑平均溫度降低，D棒動(dòng)作和平均溫度的變化趨勢(shì)一致，并且D棒動(dòng)作幅度也不大，連續(xù)動(dòng)棒只有一次為2步，其余都為1步。從溫度變化和控制棒動(dòng)作的對(duì)應(yīng)趨勢(shì)上看，控制棒動(dòng)作是正確的反應(yīng)了堆內(nèi)平均溫度變化。見圖1。

而從U2C11循環(huán)環(huán)路的冷卻劑溫度波動(dòng)情況及與U2C10循環(huán)運(yùn)行情況的比較圖（見圖2）可以看出，U2C11循環(huán)的冷卻劑熱端溫度波動(dòng)幅度變大，并由此導(dǎo)致冷卻劑平均溫度波動(dòng)幅度變大。

所以長(zhǎng)循環(huán)低泄漏的裝載模式產(chǎn)生的組件出口溫差大，并且在堆芯出口和環(huán)路中不能完全攪勻的現(xiàn)象在2號(hào)機(jī)組是存在的。

冷卻劑平均溫度波動(dòng)幅度變大后，平均溫度與參考溫度的溫差更容易超過控制棒的調(diào)節(jié)“死區(qū)”，從而使得控制棒更容易動(dòng)作。由于目前U2C11循環(huán)處于壽期初，慢化劑溫度系數(shù)較小，這意味著堆芯的冷卻劑溫度穩(wěn)定性相對(duì)較差，當(dāng)堆芯受到各種反應(yīng)性擾動(dòng)時(shí)，冷卻劑平均溫度就比較容易產(chǎn)生波動(dòng)，因此，壽期初反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度的變化相對(duì)壽期中和壽期末要大一些，這也會(huì)導(dǎo)致控制棒動(dòng)作次數(shù)相對(duì)較多。從秦二廠4臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)看，壽期初的D棒動(dòng)作次數(shù)比壽期中和壽期末也相對(duì)多一些。

3 結(jié)語

U2C11長(zhǎng)燃料循環(huán)低泄漏裝載模式下，組件出口溫差大，環(huán)路中冷卻劑溫度的均勻性降低，造成冷卻劑熱端溫度和平均溫度波動(dòng)幅度增大，和堆芯內(nèi)熱電偶測(cè)量數(shù)據(jù)偏差變大，這容易導(dǎo)致主控觸發(fā)堆芯熱電偶溫差大報(bào)警，并同時(shí)容易導(dǎo)致控制棒動(dòng)作。同時(shí)壽期初慢化劑溫度系數(shù)較小，堆芯冷卻劑溫度的自穩(wěn)性比較低，冷卻劑溫度比較容易產(chǎn)生波動(dòng)，造成了D棒在一段時(shí)間內(nèi)動(dòng)作次數(shù)較多，從理論和時(shí)間情況來看，此階段D棒頻繁動(dòng)作屬于正?，F(xiàn)象。

由于長(zhǎng)燃料循環(huán)低泄漏裝載模式，在U2C11循環(huán)壽期內(nèi)，堆芯出口溫差將維持在一個(gè)較大水平，其導(dǎo)致的冷卻劑熱端溫度和平均溫度的波動(dòng)幅度增大的現(xiàn)象將一直存在，但是波動(dòng)幅度預(yù)計(jì)不會(huì)變得更大。隨著燃耗的加深，堆芯釤毒等毒物反應(yīng)性會(huì)平衡，同時(shí)慢化劑溫度系數(shù)會(huì)越來越大，這使堆芯的平均溫度更趨于自穩(wěn)定，這將抑制D棒組的動(dòng)作。

參考文獻(xiàn)

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